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深層学習を用いたオーセチックメタマテリアルの設計

研究課題

研究課題/領域番号 22KJ0407
補助金の研究課題番号 22J11202 (2022)
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分基金 (2023)
補助金 (2022)
応募区分国内
審査区分 小区分26040:構造材料および機能材料関連
研究機関国立研究開発法人物質・材料研究機構 (2023)
筑波大学 (2022)

研究代表者

ZHENG Xiaoyang  国立研究開発法人物質・材料研究機構, マテリアル基盤研究センター, 特別研究員(PD)

研究期間 (年度) 2023-03-08 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
1,700千円 (直接経費: 1,700千円)
2023年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2022年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
キーワードMaterial design / Mechanical metamaterial / Material informatics / Deep learning / Architected material / Materials and design / Finite element method / 3D printing / Inverse design
研究開始時の研究の概要

This research will accelerate the revolution of designing complicated architected materials by removing guesswork from material design in a variety of applications. This work is based on deep learning with big data. A deep neural network will be trained using tens of thousands of structured data, which is similar to the way how species are differentiated and evolve by trial and error. The well-trained neural network is finally capable of generating flexible, tough auxetic metamaterials with extreme properties.

研究実績の概要

In this year, I have three main works, including a review article in terms of deep learning in mechanical metamaterials, a research article in terms of multiphase metamaterials with highly variable stiffness, and a research article in terms of text-to-microstructure generation using deep learning.
In the review article, I provide a comprehensive overview of the capabilities of deep learning in property prediction, geometry generation, and inverse design of mechanical metamaterials. Additionally, I highlight the potential of leveraging deep learning to create universally applicable datasets, intelligently designed metamaterials, and material intelligence.
In the second article, I propose three multiphase metamaterials derived from triply periodic minimal surfaces. The multiphase metamaterials possess highly variable stiffness based on thermally-induced phase transition.
In the third article, I propose a new deep learning framework that can generate different and diverse material microstructures using text prompts.
I have published 6 peer-reviewed papers on international journals and 1 patent during this academic year.

報告書

(2件)
  • 2023 実績報告書
  • 2022 実績報告書
  • 研究成果

    (18件)

すべて 2024 2023 2022 その他

すべて 雑誌論文 (11件) (うち国際共著 8件、 査読あり 11件、 オープンアクセス 7件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 2件) 備考 (3件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Minimal-surface-based multiphase metamaterials with highly variable stiffness2024

    • 著者名/発表者名
      Zheng Xiaoyang、Watanabe Ikumu、Wang Siqian、Chen Ta-Te、Naito Masanobu
    • 雑誌名

      Materials & Design

      巻: 237 ページ: 112548-112548

    • DOI

      10.1016/j.matdes.2023.112548

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] De-icing performance evolution with increasing hydrophobicity by regulating surface topography2024

    • 著者名/発表者名
      Weng Wei、Zheng Xiaoyang、Tenjimbayashi Mizuki、Watanabe Ikumu、Naito Masanobu
    • 雑誌名

      Science and Technology of Advanced Materials

      巻: 25 号: 1 ページ: 2334199-2334199

    • DOI

      10.1080/14686996.2024.2334199

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 3D Sodiophilic Mixed-ion-electron-conducting Framework of Hierarchical Nanowire Arrays for Ultra-stable Sodium-Metal Batteries2024

    • 著者名/発表者名
      Huang Jiawen、Huang Zhongyi、Zheng Xiaoyang、Wang Yan、Rui Xianhong、Yu Yan、Dou Shi-Xue、Wu Chao
    • 雑誌名

      Energy Storage Materials

      巻: 0 ページ: 103420-103420

    • DOI

      10.1016/j.ensm.2024.103420

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Deep Learning in Mechanical Metamaterials: From Prediction and Generation to Inverse Design2023

    • 著者名/発表者名
      Zheng Xiaoyang、Zhang Xubo、Chen Ta‐Te、Watanabe Ikumu
    • 雑誌名

      Advanced Materials

      巻: 35 号: 45 ページ: 2302530-2302530

    • DOI

      10.1002/adma.202302530

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Long Cycle Life and High‐Rate Sodium Metal Batteries Enabled by an Active/Inactive Co‐Sn alloy Interface2023

    • 著者名/発表者名
      Huang Zhongyi、Zheng Xiaoyang、Liu Haoxuan、Huang Jiawen、Xu Yi、Xu Xun、Dou Yuhai、Yuan Ding、Li Zhen、Dou Shi‐Xue、Liu Hua‐Kun、Chou Shulei、Wu Chao
    • 雑誌名

      Advanced Functional Materials

      巻: 34 号: 5 ページ: 2302062-2302062

    • DOI

      10.1002/adfm.202302062

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Multifunctional Separator Enables High‐Performance Sodium Metal Batteries in Carbonate‐Based Electrolytes2023

    • 著者名/発表者名
      Liu Haoxuan、Zheng Xiaoyang、Du Yumeng、Borr?s Marcela Chaki、Wu Kuan、Konstantinov Konstantin、Pang Wei Kong、Chou Shulei、Liu Huakun、Dou Shixue、Wu Chao
    • 雑誌名

      Advanced Materials

      巻: 36 号: 5 ページ: 2307645-2307645

    • DOI

      10.1002/adma.202307645

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Deep-learning-based inverse design of three-dimensional architected cellular materials with the target porosity and stiffness using voxelized Voronoi lattices2023

    • 著者名/発表者名
      Zheng Xiaoyang、Chen Ta-Te、Jiang Xiaoyu、Naito Masanobu、Watanabe Ikumu
    • 雑誌名

      Science and Technology of Advanced Materials

      巻: 24 号: 1 ページ: 2157682-2157682

    • DOI

      10.1080/14686996.2022.2157682

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Regulating the Coordination Geometry and Oxidation State of Single‐Atom Fe Sites for Enhanced Oxygen Reduction Electrocatalysis2023

    • 著者名/発表者名
      Wang Minjie、Wang Li、Li Qingbin、Wang Dan、Yang Liu、Han Yongjun、Ren Yuan、Tian Gang、Zheng Xiaoyang、Ji Muwei、Zhu Caizhen、Peng Lishan、Waterhouse Geoffrey I. N.
    • 雑誌名

      Small

      巻: 1 号: 24 ページ: 2300373-2300373

    • DOI

      10.1002/smll.202300373

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Reprogrammable flexible mechanical metamaterials2022

    • 著者名/発表者名
      Zheng Xiaoyang、Uto Koichiro、Hu Wei-Hsun、Chen Ta-Te、Naito Masanobu、Watanabe Ikumu
    • 雑誌名

      Applied Materials Today

      巻: 29 ページ: 101662-101662

    • DOI

      10.1016/j.apmt.2022.101662

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Nonionic Surfactant-Assisted In Situ Generation of Stable Passivation Protective Layer for Highly Stable Aqueous Zn Metal Anodes2022

    • 著者名/発表者名
      Zhang Yuanjun、Zheng Xiaoyang、Wu Kuan、Zhang Ying、Xu Gang、Wu Minghong、Liu Hua-Kun、Dou Shi-Xue、Wu Chao
    • 雑誌名

      Nano Letters

      巻: 22 号: 21 ページ: 8574-8583

    • DOI

      10.1021/acs.nanolett.2c03114

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Towards stable sodium metal battery with high voltage output through dual electrolyte design2022

    • 著者名/発表者名
      Zhu Ming、Zheng Xiaoyang、Li Lulu、Zhu Xiaolong、Huang Zhongyi、Wang Guanyao、Zhang Yuanjun、Liu Haoxuan、Yu Fangfang、Wen Liaoyong、Liu Hua-Kun、Dou Shi-Xue、Wu Chao
    • 雑誌名

      Energy Storage Materials

      巻: 48 ページ: 466-474

    • DOI

      10.1016/j.ensm.2022.03.040

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Deep Learning in Mechanical Metamaterials2023

    • 著者名/発表者名
      ZHENG Xiaoyang, WATANABE Ikumu
    • 学会等名
      Summit of Materials Science 2023 and GIMRT User Meeting 2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Reprogrammable Mechanical Metamaterials.2023

    • 著者名/発表者名
      ZHENG Xiaoyang, UTO Koichiro, WATANABE Ikumu
    • 学会等名
      NIMS Award Symposium 2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Inverse Design of Voxelized Architected Materials2023

    • 著者名/発表者名
      ZHENG Xiaoyang, WATANABE Ikumu
    • 学会等名
      XVII International Conference on Computational Plasticity
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [備考] NIMS Samurai

    • URL

      https://samurai.nims.go.jp/profiles/zheng_xiaoyang?locale=en

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [備考] Researchmap

    • URL

      https://researchmap.jp/zhengxiaoyang

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [備考] My homepage

    • URL

      https://sites.google.com/view/xiaoyang-zheng

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [産業財産権] 部材、アクチュエータ、及び形状記憶部材2023

    • 発明者名
      甲一郎 宇都, 育夢 渡邊, Xiaoyang Zheng
    • 権利者名
      国立研究開発法人物質・材料研究機構
    • 産業財産権種類
      特許
    • 出願年月日
      2023
    • 取得年月日
      2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書

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公開日: 2022-04-28   更新日: 2024-12-25  

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